JPH01242755A - Ｆｅ基磁性合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波トランス、チョークコイル。

磁気ヘッド等の磁心材料に好適な良好な軟磁性を示す超
微細結晶粒組織を有するＦｅ基磁性合金に関するもので
ある。

〔従来の技術］ 従来、高周波トランス、チョークコイル、磁気ヘッド等
の磁心材料としては、うず電流積が少ない利点を有する
フェライトや、高飽和磁束密度の特長を有するケイ素鋼
、パーマロイ、Ｆｅ−Ａｌ！、−Ｓｉ合金等が用いられ
ていた。

しかし、フェライトは飽和磁束密度が低く、温度特性も
悪いため、高周波トランスやチョークコイルに用いる場
合、磁心を小型化することが困難であるという欠点があ
った。ケイ素鋼は飽和磁束密度は高いが高周波磁気特性
に劣り、高周波令頁域ではコア損失による発熱が大きく
なってしまう問題がある。パーマロイは比較的バランス
がとれた材料であるが衝撃や変形により著しく軟磁気特
性が劣化する欠点がある。Ｆｅ−Ａｌ１−Ｓｉ合金は、
脆化しているため薄板化が困難であり、超急冷法によら
なければ薄板化できない。しかし、脆化が著しいため張
力をかけると破断しゃすく巻磁心を作製したりするのは
著しく困難である。また、薄膜化しても熱膨張係数が大
きく特性が劣化したり膜がはがれやすい問題もある。

近年これらの欠点をある程度改善できるものとして、非
晶質合金が注目を集め一部実用化されている。

非晶質合金は主としてＦｅ系とＣｏ系に大別され、Ｆｅ
系の非晶質合金は飽和磁束密度が高く、材料コストがＣ
ｏ系に比べて安くつくという利点がある反面、−船釣に
高周波においてＣｏ系非晶質合金よりコア損失が大きく
、透磁率も低いという問題がある。またｒｅｅ非晶質合
金は磁歪が著しく大きく、磁心として併用する場合磁心
がうなりを生じたり含浸やコーティング等を行うと著し
く特性が劣化する欠点がある。

これに対してＣｏ系非晶質合金は高周波のコア損失が小
さく、透磁率も高いが、コア損失や透磁率の経時変化が
大きく、飽和磁束密度も十分ではない欠点がある。さら
には高価なＣｏを主原料とするため価格的な不利は免れ
ない。

このような状況下でＦｅ基非晶質合金について種種の提
案がなされた。

特公昭６０−１７０１９号には、７４〜８４原子％のＦ
ｅと、８〜２４原子％のＢと、１６原子％以下のＳｉ及
び３原子％以下のＣの内の少なくとも１つとからなる組
成を有し、その構造の少なくとも８５％が非晶質金属素
地の形を有し、かつ非晶質金属素地の全体にわたって不
連続に分布された結晶質粒子群の析出物を有しており、
結晶質粒子群は０．０５〜１μｍの平均粒度及び１〜１
０μｍの平均粒子間距離を有しており、粒子群は全体の
０．０１〜０．３の平均容積分率を占めていることを特
徴とする鉄基含硼素磁性非晶質合金が開示されている。

この合金の結晶質粒子群は磁壁のピンニング点として作
用する不連続な分布のα−（Ｆｅ、　Ｓｉ）粒子群であ
るとされている。

また特開昭６０−５２５５７号にはＦｅ、Ｃｕｂ　Ｂ　
ｃＳｊａ　　（ただし７５≦ａ≦８５．Ｏｒｂ≦０．５
，１０°≦Ｃ≦２０、ｄ≦１０かつｃ＋ｄ≦３０）から
なる低損失非晶質磁性合金が開示されている。この非晶
質合金は結晶化温度以下でかつキュリー温度以上で熱処
理される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特公昭６０−１７０１９号のＦｅ基基磁磁性合金らなる
磁心は不連続な結晶質粒子群の存在によりコア損失は減
少するが、それでもコア損失は依然大きく、特に磁歪が
大きいためうなりを生じたり、含浸コーティングを行う
ことによりコア損失、透磁率の著しい劣化を招く問題が
あり、カットコア等では高特性のものが得られていない
。

一方、特開昭６０−５２５５７号のＦｅ基非晶質合金は
Ｃｕを含有しこれを用いた磁心のコア損失は低下してい
るが、上記結晶粒子含有Ｆｅ基磁性合金を用いたけ心と
同様に満足ではない。さらにはコア損失の経時変化、透
磁率に関しても十分でないという間題がある。

従って本発明の目的はコア損失が低く、透磁率が高く、
歪等による特性劣化の小さいＦｅ基磁性合金を提供する
ことおよびその製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等はＦｅと非
晶質形成元素であるＢを基本成分とする合金にＣｕと、
Ｎｂ、　Ｗ、　Ｔａ、　Ｚｒ、■ｆ、　Ｔｉ、　Ｍｏか
ら選ばれる少なくとも一種の元素とを複合添加すること
により、非晶質合金の適当な熱処理により、組織の大半
が微細結晶粒からなるＦｅ基磁性合金が得られさらに、
この合金を用いた磁心が優れた特性を示すことを見い出
し本発明に想到した。

本発明のＦｅ基磁性合金は一般式： ％式％（） （ただし、ＭはＣＯ及び／又はＮｉであり、ＡはＣｕ及
び／又は八ｇであり、Ｍ′はＮｂ、　　Ｗ、　Ｔａ、　
Ｚｒ、　Ｈｆ。

Ｔｉ及びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の
元素であり、ａ、ｘ、ｙ、　　α、及び２はそれぞれ、
０≦ａ≦０．３，０．１≦Ｘ≦１０．５≦２≦１７．１
≦α≦３０を満たす。）により表される組成を有し、組
織の少なくとも５０％が微細な結晶粒からなり、その結
晶粒が１０００Å以下の平均粒径を有するものである。

本発明に係るＰｅ基磁性合金は、前記非晶質合金を急冷
することにより得る工程と、これを加熱し微細な結晶粒
を形成する熱処理工程に依っても得られる。

本発明に用いられる合金において、Ｃｕ及び／又はＡｇ
は必須元素であり、その含有量Ｘは０．１〜１０原子％
の範囲である。０．１原子％より少ないとＣｕ　、　Ａ
ｇの添加によるコア損失低下、透磁率上昇の効果がほと
んどなく、一方１０原子％より多いと飽和磁束密度の低
下や軟磁気特性の劣化をもたらすためである。本発明に
おいて特に好ましいＣｕ及び／又はＡｇの含有量Ｘは０
．５〜２［子％であり、この範囲ではコア損失が特に小
さく透磁率も高い。

Ｃｕ　＋　Ａｇのコア損失低下、透磁率上昇作用の原因
は明らかではないが次のように考えられる。

Ｃｕ　、　ＡｇとＦｅの相互作用パラメータは正であり
、固溶度が低く、分離する傾向があるため非晶質状態の
合金を加熱するとＦｅ原子同志またはＣｕ　＋　Ａｇ原
子同志が寄り集まりクラスターを形成するため組成ゆら
ぎが生じる。このため部分的に結晶化しやすい領域が多
数でき、そこを核とした微細な結晶粒が生成される。こ
の結晶はＦｅを主成分とするものであり、ＦｅとＣｕ　
、　Ａｇの固溶度はほとんどないため結晶化によりＣｕ
　、　Ａｇは微細結晶粒の周囲にはき出され、結晶粒周
辺のＣｕ　、　Ａｇ　濃度が高くなる。このため結晶粒
は成長しにくいと考えられる。

Ｃｕ　、　Ａｇ添加により結晶核が多数できることと結
晶粒が成長しにくいため結晶粒微細化が起こると考えら
れるが、この作用はＮｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｚ
ｒ。

Ｉｆｆ、　Ｔｉ等の存在により特に著しくなると考えら
れる。

Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｔｉ
等が存在しない場合は結晶粒はあまり微細化されず軟磁
気特性も悪い。Ｎｂ、　Ｍｏは特に効果が大きいが、こ
れらの元素の中でＮｂを添加した場合特に結晶粒が細く
なりやすく、軟磁気特性も優れたものが得られる“。

またＦｅを主成分とする微細結晶相が生ずるためＦｅ基
非晶質合金に比べ磁歪が小さくなり、内部窓カー歪によ
る磁気異方性が小さくなることも軟磁気特性が改善され
る理由と考えられる。

ＣｕやＡｇを添加しない場合は結晶粒は微細化されにく
（、化合物相が形成しやすいため結晶化により磁気特性
は劣化する場合が多い。

Ｂは、本発明に係る合金の微細化に特に有用な元素であ
る。本発明に係るＦｅ基基磁磁性合金、好ましくは、−
旦Ｂの添加効果により非晶質合金とした後で熱処理によ
り微細結晶粒を形成させることにより得られる。Ｂの含
有量ｚの限定理由は、２が１７原子％以下でないと軟磁
気特性が得にくいためである。

本発明において、Ｍ′はＣｕ　＋　Ａｇとの複合添加に
より析出する結晶粒を微細化する作用を有するものであ
り、Ｎｂ、　Ｗ、　Ｔａ、　Ｚｒ、　Ｈｆ＋　Ｔｔ及び
ＭＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であ
る。

Ｎｂ等は合金の結晶化温度を上昇させ非晶質化を容易に
する作用を有するが、クラスターを形成し結晶化温度を
低下させる作用を有するＣｕ　＋　Ａｇとの相互作用に
より析出する結晶粒が微細化するものと考えられる。Ｍ
′の含有量αは１〜３０原子％であり、１原子％未満だ
と結晶粒微細化の効果が不十分であり、３０原子％を超
えると飽和磁束密度の著しい低下を招く。好ましいＭ′
の含有量αは２〜１５原子％である。なおＭ′としてＮ
ｂが磁気特性の面で最も好ましい。またＭ′の添加によ
りＣｏ基高透磁率材料と同等の高い透磁率を存するよう
になる。

残部は不純物を除いて実質的にＦｅが主体であるが、Ｆ
ｅの一部は成分Ｍ（Ｃｏ及び／又はＮｉ）により置換さ
れていてもよい。Ｍの含有量ａはＯ≦ａ≦３であるが、
好ましくは、０≦ａ≦０．１である。

ａが０．３を超えると、コア損失が増加する場合がある
ためである。またＭ“の添加により、耐食性の改善、磁
気特性の改善、又は磁歪調整効果を得ることができる。

Ｍ＃が１０原子％を超えると飽和磁束密度低下が著しい
。本発明に係る合金のうち特にＯ≦ａ≦０．１，０．５
≦Ｘ≦２．５≦”ｚ≦１２゜２≦α≦１５の関係を有す
る場合特に高透磁率、低コア損失が得られやすい。

上記組成を有する本発明に係るＦｅ基基磁磁性合金また
組織の少なくとも５０％以上が微細な結晶粒からなる。

この結晶粒はα−Ｐｅを主体とするものでＢ等が固溶し
ていると考えられる。この結晶粒は１０００Å以下と著
しく小さな平均粒径を有することを特徴とし、合金組織
中に均一に分布している。合金組織のうち微細結晶粒以
外の部分は主に非晶質である。なお微細結晶粒の割合が
実質的に１００％になっても本発明の合金は十分に優れ
た磁気特性を示す。

なお、Ｎ、Ｏ，Ｓ、Ｐ、Ａｌ、Ｃ等の不可避的不純物に
ついては所望の特性が劣化しない程度に含有していても
本発明の合金組成と同一とみなすこと力やできるのはも
ちろんである。

次に本発明の合金の製造方法について説明する。

まず上記所定の組成の溶湯から、片ロール法、双ロール
法等の公知の液体急冷法によりリボン状の非晶質合金を
形成する。通常、片ロール法等により製造される非晶質
合金リボンの板厚は５〜１００１！ｍ程度であるが、板
厚が２５μｍ以下のものが高周波において使用される磁
心用薄帯として特に適している。

この非晶質合金は結晶相を含んでいてもよいが、後の熱
処理により微細な結晶粒を均一に生成するためには非晶
質であるのが望ましい。

熱処理は所定の形状に加工した非晶質合金リボンを真空
中または水素、窒素、計等の不活性ガス雰囲気中、又大
気中において一定時間保持し通常行う。熱処理温度及び
時間は非晶質合金リボンからなる磁心の形状、サイズ、
組成等により異なるが、−船釣に４５０°Ｃ〜７００°
Ｃで５分から２４時間程度が望ましい。熱処理温度が４
５０°Ｃ未満であると結晶化が起こりにく（、熱処理に
時間がかかりすぎる。また７００″Ｃより高いと粗大な
結晶粒が生成したり、不均一な形態の結晶粒が生成する
おそれがあり、微細な結晶粒を均一に得ることができな
くなる。また熱処理時間につい゛ては、５分未満では加
工した合金全体を均一な温度とすることが困難であり磁
気特性がばらつきやすく、２４時間より長いと生産性が
悪くなるだけでなく結晶粒の過剰な成長や不均一な形態
の結晶粒の生成により磁気特性の低下が起こりやすい。

好ましい熱処理条件は、実用性及び均一な温度コントロ
ール等を考慮して、５００〜６５０°Ｃで５分〜６時間
である。

熱処理雰囲気はＡｒ＋　Ｎｚ、Ｉ（ｚ等の不活性ガス雰
囲気又は還元性雰囲気が望ましいが、大気中等の酸化性
雰囲気でも良い。冷却は空冷や炉冷等により、適宜行う
ことができる。また場合によっては多段の熱処理を行う
こともできる。また熱処理の際磁心材に電流を流したり
高周波磁界を印加し磁心を発熱させることにより磁心を
熱処理することもできる。

熱処理を直流あるいは交流等の磁場中で行うこともでき
る。更には磁場中熱処理により本磁心に用いられている
合金に磁気異方性を生じさせ特性向上をはかることがで
きる。磁場は熱処理の間中かける必要はなく、合金のキ
ュリー温度Ｔｃより低い温度のときであればよい場合が
多い。本磁心の磁路方向に磁心が飽和する程度の磁場を
印加し熱処理した場合は、Ｂ−Ｈカーブの角形性が良い
ものが得られ、可飽和リアクトル用磁心、磁気スイッチ
、エキシマレーザ励起回路に用いられるパルス圧縮用コ
ア等に好適となる。一方磁路と直角方向に磁心がほぼ飽
和する強さの磁場を印加し熱処理した場合は、Ｂ−Ｈカ
ーブが傾斜し、低角形比で恒透６Ｒ率特性に優れたもの
が得られ、動作範囲が広がるので、トランスやノズルフ
ィルター、チョークコイル等に好適となる。また本発明
の磁心は回転磁場中熱処理を適用することも可能であり
、より高透磁率化が可能である。また磁場中熱処理の場
合も熱処理を２段階以上で行うことができる。

また、張力や圧縮力を加えながら熱処理磁気特性を改善
することもできる。また本発明合金は無磁場中熱処理で
も低角形比恒透磁率特性が得やすい特徴がある。

また、本発明合金はスパッター法、蒸着°法等の気相急
冷法により非晶質合金膜を作製後これを熱処理し結晶化
されて製造することもできるし、膜をつける基板を加熱
しながら膜をつけ熱処理を行なわず直接微細結晶粒組織
からなる本発明Ｐｅ基磁性合金を得ることもできる。Ａ
ｇを添加する場合は薄膜化した方がより好ましい結果を
得ることができる。

また、アトマイズ法、キャビラーション法等により粉末
やフレーク状の本発明合金粉末を得ることもできる。

回転液中紡糸法により線状の本発明合金を得ることも可
能である。

〔実施例〕

以下本発明を、実施例に従って説明するが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。

皇旌■上 原子％でＣｕ１％、ＮｂｌＯ％、８９％残部ｒｅからな
る合金溶湯を単ロール法により急冷し幅５ｍ。

厚さ１８μｍの合金薄帯を作製した。

得られた合金はＸ線回折および透過電子顕ｗｉ、境によ
る組織観察の結果はぼ非晶質単相であることが確認され
た。この非晶質合金の結晶化温度は４６０°Ｃであった
。

次にこの合金を外径１９ｍｍ、内径１５ｍに巻回し窒素
ガス雰囲気中５９０°Ｃに１時間保持後室温まで約１０
０°Ｃ／　ｍ　ｉｎの冷却速度で冷却した。次にこのト
ロイダル磁心をフェノール樹脂製のコアケースに入れ磁
気特性を測定した。

飽和磁束密度Ｂｓは１２．２ｋＧ、角形比Ｂｒ／Ｂｓは
１８％、保磁力Ｈｃは９．２　Ａ／ｍ・、　　１　ｋＨ
ｚにおける実効透磁率μｅｌｋは２１０００．１００ｋ
Ｈｚ　２ｋＧにおけるコア損失Ｗ！１００には５６０ｍ
ｗ７ｃｃであった。この合金のミクロ組織を透過電子顕
微鏡により観察したところ１０ｎｍ以下の粒径の超微細
な結晶組織からなることが確認された。ミクロ組織の概
略図を第１図に示す。この結晶粒は電子回折の結果ｂｃ
ｃ構造のＦｅであることが確認された。

本発明合金はＢＳが１０ｋＧ以上と高いものが得られ高
透磁率、低損失であり、低角形比の特性が得やすいため
コモンモードチョークや高周波°トランス材とに適して
いる。また、低磁歪であり磁気ヘッド材にも適している
。

側１殊ｉ 原子％でＣｕ１％、Ｎｂ８％、８９％、残部ｒｅからな
る合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅１０ｍｍ、厚
さ１２μｍの合金薄帯を作製した。

Ｘ線回折の結果この合金はほぼ非晶質相からなっている
ことが確認された。

次にこの合金から外径８ｍｍ、内径５ｍｍのリング状の
試料を取り出し、真空中で５５０°Ｃに１時間保持し熱
処理を行った。次にこの合金の１　ｋＨｚにおける実効
透磁率μｅ＋ｘを測定し更に１００°Ｃに保持した恒温
槽中に試料を入れ経時変化を調べた。

第２図にμｍＢ１にはＬ時間経過後の値である。なお透
過電子顕微鏡による組織観察の結果ミクロ組織は実施例
１とほぼ同様であることが確認された。

本発明合金の経時変化は従来のＣｏ基アモルファス合金
（Ｃｏ−Ｐｅ−３ｉ　−Ｂ　）等に比べ著しく小さい。

１隻■工 第１表に示す組織の合金溶湯から単ロール法により厚さ
１２μＩ２幅３ｍｍの合金１帯を作製した。

Ｘ線回折の結果得られた合金は非晶質主体の合金である
ことが確認された。

次にこの合金を外径１０ｍｍ、内径７Ｉ！ｌｌ１１に巻
回しＮｔガス雰囲気中で熱処理後、１００ｋＨｚ　、　
　２．ｋＧにおけるコア損失の１２０°Ｃの経時変化を
測定した。

得られた結果を第１表に示す。なお透過電子顕微鏡によ
る組織観察の結果得られた合金は実施例１と同様のミク
ロ組織を有していた。

Ｗ。

第１表に示すように本発明合金のコア損失の経時変化は
、従来材より優れており、より信頼性の高い磁性部品を
作製できる。

次１１津先 第２表に示す組成の厚さ３μｍの合金膜をホトセラム基
板上にマグネトロンスパッタ装置゛を用い作製した。

次にこの合金をＮ！ガス雰囲気中で熱処理し、ＩＭｌｌ
ｚにおける実効透磁率μｅ４を測定した。また塩水噴霧
試験により耐食性を調べた。

得られた結果を第２表に示す。

本発明合金は、耐食性に優れ、透磁率が高いためＶＴＲ
用磁気ヘッドなどに適している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、軟磁気特性に優れ、低磁歪のＦ　ｅ７
Ｍ　４ｎ性合金を得ることができるためその°結果は著
しいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る合金の透過電子顕微鏡により観察
したミクロ組織の概略図を示した図、第２図は本発明に
係る合金と従来のアモルファス合金の１ｋｌｌｚにおけ
る実効透磁率μｅ□の経時変化の一例を示した図である
。 第１図 保持時間（ｈ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式： （Ｆｅ＿１＿−＿ａＭ＿ａ）＿１＿０＿０＿−＿ｘ＿−
   ＿α＿−＿ｚＡ＿ｘＭ′＿αＢ＿ｚ（原子％）（ただし
   、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、ＡはＣｕ及び／又は
   Ａｇであり、Ｍ′はＮｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ及び
   Ｍｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素であ
   り、 ａ、ｘ、α及びｚはそれぞれ、 ０≦ａ≦０．３、０．１≦ｘ≦１０、１≦α≦３０、５
   ≦ｚ≦１７を満たす。） により表わされる組成を有し、組織の少なくとも５０％
   が微細な結晶粒からなり、前記結晶粒の最大寸法で測定
   した粒径の平均が１０００Å以下の平均粒径を有するこ
   とを特徴とするＦｅ基磁性合金。 ２、一般式： （Ｆｅ＿１＿−＿ａＭ＿ａ）＿１＿０＿０＿−＿ｘ＿−
   ＿α＿−＿β＿−＿ｚＡ＿ｘＭ′＿αＭ″＿βＢ＿ｚ（
   原子％）（ただし、ＭはＣｏ及び／又はＮｉであり、Ａ
   はＣｕ及び／又はＡｇであり、Ｍ′はＮｂ、Ｔａ、Ｚｒ
   、Ｈｆ、Ｔｉ及びＭｏからなる群から選ばれた少なくと
   も１種の元素、Ｍ″はＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、白金属元素Ａｕ
   、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｒｅからなる群から選ばれた少なくとも
   １種の元素であり、 ａ、ｘ、α、β及びｚはそれぞれ、 ０≦ａ≦０．３、０．１≦ｘ≦１０、１≦α≦３０、β
   ≦１０、５≦ｚ≦１７を満たす。） により表わされる組成を有し、組織の少なくとも５０％
   が微細な結晶粒からなり、前記結晶粒の最大寸法で測定
   した粒径の平均が１０００Å以下の平均粒径を有するこ
   とを特徴とするＦｅ基磁性合金。 ３、前記結晶粒の残部が非晶質であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ならびに第２項に記載のＦｅ基磁
   性合金。 ４、前記組織が実質的に微細な結晶粒からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ならびに第２項に記載の
   Ｆｅ基磁性合金。 ５、前記結晶粒の最大寸法で測定した粒径の平均が５０
   ０Å以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第４項に記載のＦｅ基磁性合金。